Знайдено екзопланету земного розміру, яка можливо втратила свою атмосферу, але потім набула другу завдяки вулканізму

На орбіті зірки-червоного карлика за 41 світловий рік від нас знаходиться скеляста, земного розміру екзопланета під назвою GJ 1132 b. У дечому GJ 1132 b має інтригуючі паралелі із Землею, але в іншому -- дуже відрізняється. Однією з відмінностей є те, що в задимленій, туманній атмосфері міститься токсична суміш водню, метану та ціаністого водню. Вчені, за допомогою космічного телескопа "Хаббл", виявили докази, що це не початкова атмосфера планети, і що перша з них була відірвана інтенсивним випромінюванням

Це перший раз, коли виявлено вторинну атмосферу у світі за межами нашої Сонячної системи, розповідається у прес-релізі на сайті НАСА космічного телескопу Хаббла.

Вчені за допомогою Хаббла знайшли докази того, що планета, яка обертається навколо далекої зірки, могла втратити атмосферу, але отримала другу завдяки вулканічній діяльності.

Планета "GJ 1132 b", ймовірно, почала існувати як газоподібний світ із щільною водневою ковдрою атмосфери. Починаючи з кількох діаметрів Землі, цей так званий "субнептун", як вбачається, швидко втратив свою первинну атмосферу з водню та гелію через інтенсивне випромінювання гарячої молодої зірки, навколо якої він обертається. За короткий проміжок часу така планета мала б бути роздертою до оголеного ядра розміром із Землю. Ось тоді все стало цікавим.

На подив астрономів, Хаббл спостерігав атмосферу, яка, згідно з їх теорією, є "вторинною атмосферою", що присутня зараз. Ґрунтуючись на поєднанні прямих спостережних свідчень та висновків, отриманих за допомогою комп′ютерного моделювання, команда повідомляє, що атмосфера складається з молекулярного водню, ціаністого водню, метану, а також містить аерозольний серпанок. Моделювання припускає, що аерозольний серпанок має основу з фотохімічно вироблених вуглеводнів, подібно до смогу на Землі.

Вчені інтерпретують поточний атмосферний водень у GJ 1132 b як водень з первісної атмосфери, який всмоктувався в розплавлену магматичну мантію планети і тепер повільно виділяється через вулканічні процеси, утворюючи нову атмосферу. Вважається, що атмосфера, яку ми спостерігаємо сьогодні, постійно поповнюється, щоб збалансувати водень, що виходить у космос.

"Це надзвичайно захоплююче, тому що ми віримо, що атмосфера, яку ми бачимо зараз, була регенерована, тому вона може бути вторинною атмосферою", - сказала співавтор дослідження Раїса Естрела з Лабораторії реактивного руху (JPL) НАСА в Південній Каліфорнії. "Ми спочатку подумали, що ці сильно опромінені планети можуть бути досить нудними, тому що ми вірили, що вони втратили свою атмосферу. Але ми подивилися на існуючі спостереження за цією планетою з Хабблом і сказали: О ні, там атмосфера".

Отримані результати можуть мати наслідки для інших екзопланет -- планет за межами нашої Сонячної системи.

"Скільки планет земного типу не починаються як земного типу? Деякі можуть починатися як субнептуни, і вони стають земного типу за допомогою механізму, який фото-випаровує первісну атмосферу. Цей процес працює на ранній стадії життя планети, коли зірка гарячіша", - каже провідний автор Марк Суейн з JPL. "Потім зірка охолоджується, і планета просто сидить там. Отже, у вас є такий механізм, за допомогою якого ви можете приготувати атмосферу в перші 100 мільйонів років, а потім все впорядкується. І якщо ви зможете регенерувати атмосферу, можливо, ви може зберегти її".

Певним чином GJ 1132 b, розташована приблизно за 41 світловий рік від Землі, має дражливі паралелі із Землею, але в чомусь вона дуже відрізняється. Обидві вони мають однакову щільність, подібні розміри та подібний вік -- приблизно 4,5 мільярдів років. Обидві починали з атмосфери, в якій переважає водень, і обом було жарко, поки вони не охололи. Робота команди навіть припускає, що GJ 1132 b і Земля мають подібний атмосферний тиск на поверхні.

Але планети мають зовсім різну історію формування. Вважається, що Земля не є вцілілим ядром субнептуна. І Земля обертається на зручній відстані від нашого Сонця. GJ 1132 b настільки близька до своєї зірки-червоного карлика, що здійснює оберт навколо своєї зірки один раз за півтора дня. Ця надзвичайно близька відстань тримає GJ 1132 b припливно заблокованою, показуючи одне і те ж обличчя своїй зірці увесь час -- так само, як наш Місяць тримає одну півкулю постійно повернутою до Землі.

"Питання в тому, що зберігає мантію досить гарячою, щоб залишатися рідкою та з потужнім вулканізмом?" - запитується Суейн. "Ця система є особливою, оскільки вона має можливість для вдосталь великого припливного нагрівання".

Припливне нагрівання -- явище, яке виникає внаслідок тертя, коли енергія з руху планети по орбіті та її обертання навколо осі розсіюється як тепло всередині планети. GJ 1132 b знаходиться на еліптичній орбіті, і припливні сили, що діють на неї, найсильніші, коли вона знаходиться найближче або найдальше від своєї зірки. Принаймні ще одна планета в системі цієї зірки також здійснює гравітаційне тяжіння на планету.

Наслідки полягають у тому, що планета стискається або розтягується завдяки цій гравітаційній "накачці". Це припливне нагрівання довго утримує мантію рідкою. Найближчим прикладом у нашій власній Сонячній системі є Іо -- супутник Юпітера, який має постійну вулканічну активність внаслідок припливного перетягування Юпітером та найближчими супутниками планети.

З огляду на гарячі нутрощі GJ 1132 b, команда вважає, що прохолодніша кірка на ній є надзвичайно тонкою, товщиною, можливо, лише сотні метрів. Це занадто мало, щоб підтримувати дещо схоже на вулканічні гори. Її рівна місцевість також може бути потріскана, як яєчна шкаралупа, через припливне згинання. Водень та інші гази можуть вивільнятися крізь такі тріщини.

Майбутній космічний телескоп Джеймса Вебба від НАСА матиме можливість спостерігати за цією екзопланетою. Інфрачервоне бачення Вебба зможе дозволити вченим продивитися поверхню планети. "Якщо існують басейни магми або вулканізм, ці райони стануть спекотнішими", - пояснює Суейн. "Це призведе до збільшення випромінювання, і тому вони будуть дивитись потенційно на реальну геологічну активність - що захоплює!"

Висновки групи будуть опубліковані в майбутньому номері "The Astronomical Journal".

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.